紅外加熱原理和紅外加熱管(多圖)

2020-12-24 塑料焊接技術

紅外加熱管應用在許多工業加熱過程中,包括塗料乾燥和固化、成型、壓花、層壓、連接、焊接、褐變、加熱、預熱和微生物還原。

所有材料吸收紅外光譜的一部分,在表面反射一部分,並允許一部分輻射通過材料。通過選擇合適光譜的加熱管,讓材料最大程度地吸收紅外輻射並且轉化為熱量。

石英玻璃紅外加熱管經常被證明優於傳統熱源,如暖空氣、蒸汽、陶瓷、氣體或金屬發射器。因為紅外加熱管能夠傳遞大量的能量,並且精確地匹配到產品材料和形狀,是理想的加熱工具。其有以下優點:

紅外輻射不需要接觸產品,也不需要傳遞介質;紅外加熱管能夠與被加熱的材料精確匹配,即有效被材料吸收;快速的響應時間,能夠控制輸出熱量;能夠對材料局部或者全部加熱,可控制加熱區域,可控制加熱時間。與熱氣加熱相比,這意味著更少的能耗,更快的加熱速度和更好的加熱效果。

為了實現成功的加熱過程,重要是選擇適合的紅外加熱管,其波長、形狀和功率輸出要與被加熱的產品匹配。精確匹配才能保證紅外輻射在產品中迅速轉化為熱量,而不會將不必要的熱量轉移到周圍,同時也節省了時間和金錢。

1. 波長選擇

在不同的加熱溫度下,紅外加熱管中的紅外發射器,在不同的波長區間表現出不同的輻射特性。

波長對加熱過程有顯著影響。短波輻射(<2um)可以穿透到一些固體材料中,保證加熱均勻。中波輻射(2-4um)大部分被表面吸收,即主要加熱表面,經常被用來加熱塑料、玻璃和水。

表1,典型紅外發射器在不同溫度、不同波長下的熱量分布

其中,

Ceramic/Metal Sheathed 陶瓷加熱器/金屬套電阻加熱器;Standard Medium Wave 標準中波;Carbon 碳纖維;Fast Response Medium Wave 快中波;Short Wave 短波;Halogen/NIR 滷素/近紅外;High Powered Halogen/NIR 高功率滷素/近紅外。2. 加熱管的正確選擇

如果一個短波紅外加熱管溫度大大降低,那麼其中波段紅外能量會大大增加。然而,這麼做會導致短波加熱管輸出功率大大降低,損失了經濟性。因此,對於中波的加熱應用,只能使用中波紅外加熱管,其在相同溫度下輸出功率能夠增加五倍。

圖1:不同的紅外發射器在不同波長的功率輸出(相對比較)

圖2:塑料如PE和PVC,對中波紅外能量吸收效果好

圖3:用中波紅外,水蒸發更快,因為在這個波段水吸收紅外效果好。

3. 紅外加熱管組成

典型的紅外加熱管構成如下。外形上有單管、雙管和燈珠等形式。

圖4 紅外加熱管構成

加熱管內的紅外發射器,根據應用要求,可設計為碳纖維、短波、快中波、標準中波、滷素短波/近紅外。試驗對比表明, 碳纖維紅外對水基塗料乾燥效率,明顯優於短波紅外,且能夠節約大約70%的能量。同時,碳纖維紅外也更適用於對玻璃和塑料的加熱過程。

圖5 上圖從左到右,依次為 碳纖維、短波、快中波、標準中波紅外加熱管

圖6 上圖從左到右,依次滷素短波/近紅外、碳纖維紅外加熱管

碳纖維紅外加熱管,結合中波紅外的高能量密度和快速響應速度的優點。短波紅外加熱管,光譜特性與滷素紅外相類似,但在壽命、強度和耐久性等方面具有明顯優勢。快中波紅外加熱管,光譜特性介於短波和中波紅外發射器之間。長度可達6.5米。中波紅外加熱管,具有經濟性、穩定性和良好的使用壽命。適用於大多數材料的加熱過程。滷素短波/近紅外加熱管,光譜位於近紅外區域,最大功率密度為每平方米1兆瓦,響應時間非常快。4. 異型紅外加熱管

紅外加熱管已經開發出多種形式,以解決對不同產品的局部區域精準加熱的問題。其優勢如下:

可對邊、角、圈和小面進行準確加熱;小區域意味著高功率;響應時間快,在1s內實現開啟和關閉;單元易於集成在自動化線中;局部加熱,節約能源。4.1 仿產品輪廓的紅外加熱管

這些紅外加熱管的形狀與被加熱產品的形狀相匹配。常被用來塑料焊接,以及去毛刺。紅外加熱管按照塑料件上有毛刺的輪廓造型,以無接觸方法加熱,在幾秒鐘內將毛刺熔化掉。另外,紅外加熱管按照焊接筋輪廓造型,在十幾秒鐘內熔化焊接區域。

4.2 聚光紅外加熱管

聚光紅外加熱管,能夠給很小的區域帶來高強度的熱量。該形式加熱管非常適合去毛刺、焊接或鉚接等工藝。採用短波紅外加熱管,能夠在幾秒內開啟和關閉,應用靈活,也避免對周圍元件的損害。光斑直徑2-5mm。

4.3 螺旋紅外加熱管

能夠均勻加熱由塑料、玻璃或金屬製成的圓盤、棒和管材。其有短波和中波紅外加熱管可選。

4.4 小表面短波紅外加熱管

非常容易安裝在產品邊緣,在短時間內向有限區域傳遞較高的能量。

4.5 Omega紅外加熱管

非常適合用於塑料焊接和鉚接,也是彎曲管子、拉伸塑料或玻璃纖維的理想工藝。

4.6 帶槽紅外加熱器

在雙管的一側帶有槽,有點像加熱通道,適合對化學纖維和繩索進行加熱。

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